通信行業磷酸鐵鋰電池的新時代發展

潘軍浩

（中興通訊股份有限公司上海研發中心，上海 201203）

0 引 言

近年來，5G網絡在全球快速部署，隨著5G網絡基站的建設，帶來了通信領域新的能源尤其是儲能的需求。傳統鉛酸電池存在能量密度低、體積大、重量重、循環壽命短以及短時放電功率下降等不足，管理和運維方式已經無法滿足5G網絡發展的需求。隨著5G網絡的大規模建設，鋰電池憑借其優良的性能替代鉛酸電池已成為必然趨勢[1]。

1 磷酸鐵鋰電池在通信領域的發展

鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池各項指標對比如表1所示。

表1 鉛酸電池與磷酸鐵鋰電池的對比

通常鉛酸電池的循環次數在600次左右，而目前磷酸鐵鋰電池的循環次數在2 000～3 500次。此外，鉛酸電池的壽命一般在2～3年，而磷酸電池的壽命則可以達到3～5年甚至更久[2]。

目前通信用的48 V直流鐵鋰電池容量主要有25 Ah、50 Ah、75 Ah、100 Ah以及150 Ah等。隨著電池技術及工藝的發展，具有高能量密度、大容量、小尺寸等特性的電池越來越受到客戶的青睞。其中容量為100 Ah、150 Ah的電池由于體積、容量、價格等方面的優勢，逐漸成為主流型號，有效滿足了客戶5G網絡建設的需要。目前市場上通信用鐵鋰電池的主要形態有安裝在柜子中防水防塵等級為P40的磷酸鐵鋰電池和防水防塵等級為IP66的鐵鋰電池。主流磷酸鐵鋰電池技術規格如表2所示。

表2 主流磷酸鐵鋰電池技術規格

結合通信市場的需求，目前通信用鐵鋰電池的關鍵功能主要有與現有鉛酸電池混用、與鐵鋰電池并聯進行大容量儲能、電網峰谷調峰削峰以及遠端電源升壓等[3]。傳統的鉛酸電池作為環境監控量的一部分，只能向網管系統上報一些電池電壓等基礎信息，無法滿足用戶對能源基礎設施運營節能降耗且降低成本的要求。鐵鋰電池通過在電池外殼中嵌入電池管理系統（Battery Management System，BMS），可以設置及上報更多的電池參數數據。傳統的基站設備廠商者都開發了各自的能源網管系統，如中興的iEnergy、華為的Manage、NetEco以及諾基亞的NetAct，利用人工智能和數據分析的技術，為運營商降低運營成本提供數據支撐，同時最大限度地提升站點可用性。能源管理系統設計的主要內容包括整網概覽、現場監控管理、報警管理、能源管理、報表管理、配置管理、安全管理、維護支持以及網絡運營管理等[4]。在實踐中，機柜測試項目包括系統啟動測試、直流輸出電壓試驗、報警和報警記錄測試。電池測試項目包括蓄電池開路電壓測量、蓄電池啟動試驗、獲取電池信息測試、蓄電池充電試驗、蓄電池放電試驗、放電后蓄電池充電、電池指示器測試以及日志導出測試。電源系統控制與監控單元（Control & Supervision Unit，CSU）測試項目包括柴油發電機自動運行、停止切換、遠程登錄、遠程控制、遠程監控以及參數設置的測試。

2 磷酸鐵鋰電池在通信領域的市場發展

2.1 通信鐵鋰電池的主要客戶群體與應用場景

通信鐵鋰電池的主要客戶群體包括公共無線網絡電信運營商、鐵塔運營商（提供站點的能源設施）以及私有無線網絡（如公共安全領域或者鐵路領域的無線專網）運營商等。磷酸鐵鋰離子電池在通信行業的應用場景較多，目前常見的有室外基站、空間受限的室內宏基站、室外一體化基站、射頻（Radio Frequency，RF）拉遠站、直流供電的室內覆蓋/分布式源站、微型太陽能光伏儲能基站以及數據中心機房等[5]。

2.2 通信鐵鋰電池市場推廣面對的問題

海外的無線基站主要由方艙站點或者室外機柜站點構成，通常包括電源分配單元、整流器、控制器、監控單元以及逆變器等，由基站廠商打包在無線網絡項目里獨家提供。在第三方廠商機柜中進行安裝部署或者需要與第三方廠商的能源管理系統進行對接的場景中，需要充分考慮空間、支架、線纜、空開容量、整流器容量、機柜散熱以及與能源管理系統的對接等問題。對于鐵鋰電池的入網測試，需要投入相關樣品設備和人力資源進行現場技術驗證，相關工作往往持續半年到一年，難點是在第三方廠商機柜中安裝部署電池時需要額外定制電池控制單元（Battery Control Unit，BCU）來采集電池數據及環境監控量數據。此外，需要驗證的內容包括能源管理系統之間的事件消息交互、電源子系統（市電、油機、光伏、逆變器、鋰電池以及鉛酸電池等）之間的切換控制、電池充電及放電系數的設置、實際充電與放電的電壓及電流等。

同樣容量的鐵鋰電池價格一般為鉛酸電池的2～3倍，初期投入成本較高。由于鐵鋰電池具有易燃性、腐蝕性等特點，因此只能采用海運、陸運的方式，無法采用空運的方式。在運輸時與其他物品的隔離有相應的規范要求，運輸時間相對較長。受多種因素的影響，海運成本大幅升高，海外鐵鋰電池的市場推廣受到了一定程度的影響。在鐵鋰電池替換鉛酸電池的實踐中，通常的問題包括BMS故障、電池壽命不及市場宣傳的預期等，主要通過在現場進行整塊鐵鋰電池的更換或者更換電池包、BMS模塊等方式進行維修，之后再通過BMS管理軟件、能源管理系統進行相關的狀態檢測。鉛酸蓄電池回收工藝成熟，回收流程簡單，具備一定的經濟性。但磷酸鐵鋰電池組中除鋰、銅回收價值較高外，其整體電池回收尚不具備經濟性，回收技術門檻高、回收流程復雜且回收工藝也不成熟。

2.3 通信鐵鋰電池海外推廣

首先，通信設備廠商通過整機原始設備制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）貼牌加工進行銷售；其次，通信設備廠商通過設計殼體及BMS，集成電池廠商的電芯，將產品銷售給運營商；再次，通信設備廠商自研電源管理系統，加強在電芯方面的研究開發，在國內嘗試自行投資建設鋰電池生產線；最后，通信設備廠商在海外建設電池倉儲中轉基地及維修中心，開設海外鋰電池生產線。

2.4 市場發展趨勢

從容量方面來看，儲能產品從小型便攜式鋰電池逐漸發展到機架式儲能電池、小型離網儲能電池組以及削峰填谷鋰電池儲能集裝箱等。隨著新能源的廣泛應用，大型光伏儲能、大型電網儲能、大型分布式光伏儲能以及基站側交直流疊光方案不斷優化完善，同時市場上也逐漸涌現出非步入式儲能系統、步入式儲能系統等儲能方案。

3 結 論

目前，磷酸鋰電池已經在全球通信市場得到廣泛應用，產品的穩定性與可靠性均得到了市場的有效認可。鉛酸鋰電化、鋰電智能化是通信行業儲能發展的重要趨勢，未來應當以此為重心高效開展鋰電池升級迭代工作，從而實現可持續發展。